(57)【要約】【課題】特定の電磁波波長のみを選択的に取り出す技術を、化学的に安定、低コスト、低背化構造で実現することができるようにする。【解決手段】固体撮像素子３１の画素部分においては、底面にフォトセンサ２４が配置され、その上部に４層の平滑化層２２と３層の金属配線２３とが、記載の順に交互に積層されている。最も上面の平滑化層２２の上部には、金属光学フィルタ４１Ｌ、４１Ｓ、およびオンチップ集光素子２１が記載の順に下から積層されている。金属光学フィルタ４１Ｓと金属光学フィルタ４１Ｌとを積層することにより、バンドパスフィルタが容易に実現化される。本発明は、固体撮像素子に適用することができる。【選択図】図３
2010165718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光のうち第１カットオフ周波数よりも低周波数の成分を透過させる機能を有する第１のフィルタと、
入射した前記光のうち第２カットオフ周波数よりも高周波数の成分を透過させる機能を有する第２のフィルタと、
入射した前記光のうち、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとをそれぞれ透過した成分に対して、光電変換を行う受光素子と
を備え、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとのうち少なくとも一方には、導体薄膜により形成される金属光学フィルタが採用されている
光学素子。
【請求項２】
入射した光のうち第１カットオフ周波数よりも低周波数の成分を透過させる第１のフィルタと、
入射した前記光のうち第２カットオフ周波数よりも高周波数の成分を透過させる第２のフィルタと、
入射した前記光のうち、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとをそれぞれ透過した成分に対して、光電変換を行う受光素子と
を備え、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとのうち少なくとも一方には、導体薄膜により形成される金属光学フィルタが採用されている光学素子を画素として、
複数の前記画素がマトリクス状に配置されて構成されている
固体撮像素子。
【請求項３】
前記金属光学フィルタは、前記導体薄膜により形成される金属格子部分と、前記金属格子部分のギャップ部分を前記固体撮像素子が感度を有する電磁波波長を透過する媒質によって充填した構造からなる
請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記金属光学フィルタの前記金属部分と前記媒質部分のうち、一方は、格子状またはハニカム状に分布する構造を有しており、他方は一方の間に配置されている
請求項３に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記第１のカットオフ周波数または前記第２のカットオフ周波数に対応する前記媒質中の波長に基づいて、前記金属光学フィルタにおける前記格子状または前記ハニカム状に分布する構造が決定されている
請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記光学素子は、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタに加えてさらに、前記第１のフィルタまたは前記第２のフィルタの機能を有するフィルタを１以上備える
請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとは、入射する前記光の入射方向に積層される
請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記光学素子は、オンチップ集光素子をさらに備え、
前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとは、前記オンチップ集光素子と前記受光素子との間に配置される
請求項７に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記光学素子は、前記オンチップ集光素子と前記受光素子との間に金属配線層をさらに備え、
前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとは、前記金属配線層に配置される
請求項８に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記光学素子が前記金属配線層と同じ層に配置される場合、前記金属配線層の製作工程と同一工程によって前記光学素子が実装される
請求項９に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記固体撮像素子のうち、中央部分において、前記受光素子と、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとの光軸とが一致しており、前記中央部分から距離が離れている部分においては、前記受光素子と、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとの位置関係は、その距離に応じて前記中央部分に向かって偏心した位置関係となっている
請求項２に記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子および固体撮像素子に関し、特に、特定の波長の電磁波成分のみを選択的に取り出す技術を、化学的に安定、低コスト、低背化構造で実現できるようになった光学素子および固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルスチルカメラやカムコーダなど、被写体を固体撮像素子で撮影して画像化する電子デバイスが増えてきている。現在主流の固体撮像素子としては、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等が存在する。なお、以下、これらの固体撮像素子をまとめて、CCD/CMOSイメージセンサと称する。CCD/CMOSイメージセンサは、可視波長から近赤外線波長まで幅広い感度を有する。しかしながら、CCD/CMOSイメージセンサは、人間の目のように色情報の区別、例えば赤の光と青の光を区別することはできない。そのため、従来のCCD/CMOSイメージセンサでは、赤(R),緑(G),青(B)や補色（シアン(Cy),マゼンタ(Mg),イエロー（Ye）,緑（G））など特定波長の電磁波のみを透過するカラーフィルタが、各画素の前面に造りこまれている。このような従来のCCD/CMOSイメージセンサを使用することで、透過光強度から各色の強度情報を取得し、各色の強度情報に対して信号処理等を行うことによりカラー画像化が行われている。
【０００３】
このような従来のCCD/CMOSイメージセンサで採用されるカラーフィルタには、顔料や染料などの有機素材が用いられていることが多い。しかしながら、これらのカラーフィルタの構成元素である炭素や水素を含む分子の結合エネルギーは、紫外線エネルギーと同程度である。よって、これらのカラーフィルタが、高エネルギーの光を長時間照射すると、炭素結合や炭素と水素間の結合が破壊される場合がある。そのため紫外線を含む太陽光に曝される屋外での長時間使用や、紫外線が特に強い環境下での使用等（例えば登山やスキー、海遊びなど）により、カラーフィルタの透過特性に変化が生じる。その結果、撮像画像の色再現の特性劣化が生じる可能性がある（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
そこで、無機物質やフォトニック結晶を使ったカラーフィルタも徐々に実用化されつつある（例えば特許文献１、２参照）。さらにまた、ワイヤーグリッドや金属光学フィルタと称されるカラーフィルタ（以下、本明細書では、金属光学フィルタに呼称を統一する）も登場してきている（例えば、非特許文献２乃至４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】再表２００６／０２８１２８号公報
【特許文献２】再表２００５／０１３３６９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】IEEE Electron Device Letters, Vol.27, No.6, June 2006, p457-459
【非特許文献２】Quasioptical Systems, Paul F. Goldsmith, IEEE Press, ISBN 0-7803-3439-6
【非特許文献３】J. Opt. Soc. Am. A, P.B.Catrysse & B.A.Wandell, Vol.20, No.12, December 2003, p.2293-2306
【非特許文献４】Nanotechnology, Seh-Won Ahn et al.,Vol.16, 1874-1877, 2005 (LG)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
CCD/CMOSイメージセンサにおいて、特定の波長の電磁波成分のみを選択的に取り出す技術を、化学的に安定、低コスト、低背化構造で実現することが要求されている。しかしながら、特許文献１、２、非特許文献１乃至４を含む従来のカラーフィルタでは、このような要求に充分に応えられていない現状である。
【０００８】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、特定の電磁波波長のみを選択的に取り出す技術を、化学的に安定、低コスト、低背化構造で実現することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面の光学素子は、入射した光のうち第１カットオフ周波数よりも低周波数の成分を透過させる機能を有する第１のフィルタと、入射した前記光のうち第２カットオフ周波数よりも高周波数の成分を透過させる機能を有する第２のフィルタと、入射した前記光のうち、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとをそれぞれ透過した成分に対して、光電変換を行う受光素子とを備え、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとのうち少なくとも一方には、導体薄膜により形成される金属光学フィルタが採用されている。
【００１０】
本発明の一側面の光学素子においては、入射した光のうち第１カットオフ周波数よりも低周波数の成分を透過させる機能を有する第１のフィルタと、入射した前記光のうち第２カットオフ周波数よりも高周波数の成分を透過させる機能を有する第２のフィルタとをそれぞれ透過した成分に対して、光電変換が行われる。前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとのうち少なくとも一方には、導体薄膜により形成される金属光学フィルタが採用されている。
【００１１】
本発明の固体撮像素子は、入射した光のうち第１カットオフ周波数よりも低周波数の成分を透過させる第１のフィルタと、入射した前記光のうち第２カットオフ周波数よりも高周波数の成分を透過させる第２のフィルタと、入射した前記光のうち、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとをそれぞれ透過した成分に対して、光電変換を行う受光素子とを備え、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとのうち少なくとも一方には、導体薄膜により形成される金属光学フィルタが採用されている光学素子を画素として、複数の前記画素がマトリクス状に配置されて構成されている。
【００１２】
前記金属光学フィルタは、前記導体薄膜により形成される金属部分と、前記固体撮像素子が感度を有する電磁波波長の媒質が埋められる媒質部分とから構成されている。
【００１３】
前記金属光学フィルタは、前記導体薄膜により形成される金属格子部分と、前記金属格子部分のギャップ部分を前記固体撮像素子が感度を有する電磁波波長を透過する媒質によって充填した構造からなる。
【００１４】
前記金属光学フィルタの前記金属部分と前記媒質部分のうち、一方は、格子状またはハニカム状に分布する構造を有しており、他方は一方の間に配置されている。
【００１５】
前記第１のカットオフ周波数または前記第２のカットオフ周波数に対応する前記媒質中の波長に基づいて、前記金属光学フィルタにおける前記格子状または前記ハニカム状に分布する構造が決定されている。
【００１６】
前記光学素子は、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタに加えてさらに、前記第１のフィルタまたは前記第２のフィルタの機能を有するフィルタを１以上備える。
【００１７】
前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとは、入射する前記光の入射方向に積層される。
【００１８】
前記光学素子は、オンチップ集光素子をさらに備え、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとは、前記オンチップ集光素子と前記受光素子との間に配置される。
【００１９】
前記光学素子は、前記オンチップ集光素子と前記受光素子との間に金属配線層をさらに備え、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとは、前記金属配線層に配置される。
【００２０】
前記固体撮像素子のうち、中央部分において、前記受光素子と、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとの光軸とが一致しており、前記中央部分から距離が離れている部分においては、前記受光素子と、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとの位置関係は、その距離に応じて前記中央部分に向かって偏心した位置関係となっている。
【００２１】
本発明の一側面の固体撮像素子においては、光学素子を画素として、複数の前記画素がマトリクス状に配置されて構成されている。各々の光学素子において、入射した光のうち第１カットオフ周波数よりも低周波数の成分を透過させる機能を有する第１のフィルタと、入射した前記光のうち第２カットオフ周波数よりも高周波数の成分を透過させる機能を有する第２のフィルタとをそれぞれ透過した成分に対して、光電変換が行われる。前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとのうち少なくとも一方には、導体薄膜により形成される金属光学フィルタが採用されている。
【発明の効果】
【００２２】
以上のごとく、本発明によれば、特定の電磁波波長のみを選択的に取り出す技術を、化学的に安定、低コスト、低背化構造で実現することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来の電界増幅型の固体撮像素子の一例であるCMOSイメージセンサ１１のうち、画素部分の断面を示す図である。
【図２】導体からなる1次元の格子状構造の金属光学フィルタ４1を示す図である。
【図３】本発明が適用された固体撮像素子の第１の実施の形態としての固体撮像素子３１のうち、画素部分の構成例を示す断面図である。
【図４】図３の固体撮像素子３１の画素部分のうち、オンチップ集光素子２１、平滑化層２２および金属配線２３を省略したものの斜視図である。
【図５】ショートパスフィルタとして機能する金属光学フィルタ４１Ｓの構成例を示す上面図である。
【図６】ロングパスフィルタとして機能する金属光学フィルタ４１Ｌの構成例を示す上面図である。
【図７】本発明が適用された固体撮像素子の第１の実施の形態としての固体撮像素子３１のうち、画素部分の構成例であって、図３の例とは異なる例を示す断面図である。
【図８】図７の固体撮像素子３１の画素部分のうち、オンチップ集光素子２１、平滑化層２２および金属配線２３を省略したものの斜視図である。
【図９】本発明が適用された固体撮像素子の第２の実施の形態としての固体撮像素子３１のうち、画素部分の構成例を示す断面図である。
【図１０】図９の固体撮像素子３１の画素部分のうち、オンチップ集光素子２１、平滑化層２２および金属配線２３を省略したものの斜視図である。
【図１１】本発明が適用された固体撮像素子の第２の実施の形態としての固体撮像素子３１のうち、画素部分の構成例であって、図９の例とは異なる例を示す断面図である。
【図１２】図１１に示された固体撮像素子３１の画素部分のうち、オンチップ集光素子２１、平滑化層２２および金属配線２３を省略したものの斜視図である。
【図１３】本発明が適用された固体撮像素子の第３の実施の形態としての固体撮像素子３１のうち、画素部分の構成例を示す断面図である。
【図１４】本発明が適用された固体撮像素子の第３の実施の形態としての固体撮像素子３１のうち、画素部分の構成例を示す断面図である。
【図１５】本発明が適用された固体撮像素子の第３の実施の形態としての固体撮像素子３１のうち、画素部分の構成例であって、図１３や図１４とは異なる断面図である。
【図１６】本発明が適用された固体撮像素子の第３の実施の形態としての固体撮像素子３１のうち、画素部分の構成例であって、図１３乃至図１５とは異なる断面図である。
【図１７】ショートパスフィルタとして機能する金属光学フィルタ４１Ｓの構成例であって、図５の例とは異なる構成例を示す上面図である。
【図１８】ロングパスフィルタとして機能する金属光学フィルタ４１Ｌの構成例であって、図６の例とは異なる構成例を示す上面図を示している。
【図１９】所定の大きさの固体撮像素子３１の画素の配置例を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜１．従来の固体撮像素子＞
初めに、本発明の理解を容易なものとすべく、従来の固体撮像素子の概要について説明する。
【００２５】
図１は、従来の電界増幅型の固体撮像素子の一例であるCMOSイメージセンサ１１のうち、画素部分の断面を示す図である。
【００２６】
従来の固体撮像素子１１の画素部分は、オンチップ集光素子２１（マイクロレンズ２１）、平滑化層２２、金属配線２３、フォトセンサ２４、およびオンチップカラーフィルタ層２５を含むように構成される。
【００２７】
固体撮像素子１１の画素部分においては、底面にフォトセンサ２４が配置され、その上部に４層の平滑化層２２と３層の金属配線２３とが、記載の順に交互に積層されている。即ち、上層を積層するときの下地面を平滑化するために、平滑化層２２が積層されている。最も上面の平滑化層２２の上部には、オンチップカラーフィルタ層２５およびオンチップ集光素子２１が記載の順に下から積層されている。
【００２８】
このように、オンチップカラーフィルタ層２５は、オンチップ集光素子２１と平滑化層２２の間に配置されている。
【００２９】
オンチップカラーフィルタ層２５としては、従来、非特許文献１等に開示された有機素材を用いたカラーフィルタ（以下、有機カラーフィルタと称する）が採用されることが多かった。
【００３０】
しかしながら、有機カラーフィルタは、紫外線等の高エネルギーの光に対する耐性が弱いという欠点があった。このため、近年、オンチップカラーフィルタ層２５として、無機物質やフォトニック結晶を使ったカラーフィルタが徐々に実用化されつつある。
【００３１】
無機物質を使ったカラーフィルタの例として、特許文献１には、無機物質の吸収係数の波長依存性を利用したアモルファスシリコン薄膜が開示されている。アモルファスシリコンの可視波長域での吸収係数は、長波長ほど小さくなる。よって、ある特定の厚みの薄膜を考えた場合、0.5umの波長の電磁波よりも0.7umの波長の電磁波のほうが透過しやすい。したがって、膜厚を制御することにより、長波長を優先的に透過するカラーフィルタ（以下、ロングパスフィルタと称する）については容易に実現することができる。さらに、アモルファスシリコンは無機素材であるため、紫外線による劣化などの有機カラーフィルタの短所を克服することができる。しかしながら、短波長を優先的に透過するカラーフィルタ（以下、ショートパスフィルタと称する）の実現は難しい。さらには、特許文献１に記載のカラーフィルタでは色分離には演算処理も必要になってくる。
【００３２】
また、フォトニック結晶を使ったカラーフィルタの例として、特許文献２には、フォトニックフィルタが開示されている。フォトニックフィルタは、異なる屈折率を持つ光学素材を周期的に積層し、その間隔を調整する。フォトニックフィルタは、特定波長の電磁波に対して選択的に多重反射を起こし、任意の波長や帯域幅の電磁波を取り出すことができる。しかしながら、フォトニックフィルタは、少ない層数では十分に電磁波をカットできないため多層膜にする必要がある。このため、フォトニックフィルタの厚みは有機フィルタに比べて厚くなる。さらに、フォトニックフィルタは、結晶を高精度で成長させるには高い結晶操作技術が必要なことから、コストの面でも従来の有機カラーフィルタに比べると劣る。
【００３３】
このような従来のカラーフィルタをオンチップカラーフィルタ層２５として単に採用しただけでは、化学的に安定、低コスト、低背化構造という要求に応えることができない。そこで、かかる要求に応えるべく、本発明人は、固体撮像素子のオンチップカラーフィルタとして金属光学フィルタを用いるという手法を発明した。以下、金属光学フィルタの概要について説明する。
【００３４】
＜２．金属光学フィルタの概要＞
金属光学フィルタは、従来、可視波長に比べて波長が長いマイクロ波やミリ波、サブミリ波などの電磁波帯で主に用いられていた（例えば非特許文献２参照）。このため、金属光学フィルタは、可視波長帯への応用は殆どなされていない状況である。数少ない実施例として、インダクティブグリッドやファブリペロー干渉計方式の金属光学フィルタが可視波長帯での分光素子として有効であるとの報告が米国・スタンフォード大学の研究グループによりなされている（例えば非特許文献３参照）。過去、応用例が研究開発に留まっていた最大の理由は、可視波長よりも短い物理長で金属光学フィルタ構造を実現することが技術的に困難であったためである。しかしながら、近年50nm以下の線幅での金属光学フィルタ加工が可能になりつつある（例えば非特許文献４参照）。これにより、可視波長帯で用いるフィルタ、即ち、カラーフィルタとして、金属光学フィルタを採用できることになる。
【００３５】
図２は、導体からなる1次元の格子状構造の金属光学フィルタ４1を示している。
【００３６】
なお、1次元の格子状構造として、図２の例では横方向に格子が配置されている構造が採用されているが、横方向に限定されず、任意の一方向でよい。
【００３７】
金属光学フィルタ４１の格子間隔が電磁波波長よりも短い場合、格子に平行な平面で振動する電磁波は、導体である格子に選択的に反射もしくは吸収される。そのため、図２の例では、縦偏波Ｐ１と横偏波Ｐ２が含まれる入射光が金属光学フィルタ４１を透過すると、格子に平行な平面で振動する横偏波Ｐ２が金属光学フィルタ４１の格子により反射もしくは吸収される。その結果、縦偏波Ｐ１が支配的な直線偏光になる。
【００３８】
一方、図示はしないが、金属光学フィルタ４１が導体からなる２次元の格子状構造をしている場合には、入射光に含まれる電磁波のうち、格子間隔よりも長い波長の成分は、縦横に配置される格子によって選択的に反射される、もしくは効率的に吸収されてしまう。したがって、金属光学フィルタ４１は、入射光のうち、格子間隔よりも短い波長の成分のみを選択的に透過させる周波数フィルタとしての機能を発揮することができる。
【００３９】
このように、金属光学フィルタ４１は、導体（金属）からなる格子状構造を有しているので、低コストかつ化学的に安定したフィルタであるといえる。また、金属光学フィルタ４１の導体薄膜の典型的な厚みは100nm程度と薄い。よって、オンチップカラーフィルタとして金属光学フィルタ４１を採用することで、上述した従来の有機フィルタ等を採用した場合と比較すると、固体撮像素子の低背化に貢献することになる。
【００４０】
しかしながら、オンチップカラーフィルタとして金属光学フィルタ４１を単に採用しただけでは、ロングパスフィルタまたはショートパスフィルタが単に実現されるに過ぎない。即ち、オンチップカラーフィルタとして金属光学フィルタ４１を単に採用しただけでは、任意の範囲（任意の上限波長と任意の下限波長の間の範囲）の波長の成分のみを選択的に取り出す技術を実現することができない。即ち、任意波長帯でのバンドパスフィルタを実現できない。
【００４１】
そこで、本発明人は、任意波長帯でのバンドパスフィルタを実現すべく、さらに、オンチップカラーフィルタとして２層以上のカラーフィルタを用いて、そのうちの少なくとも１層を金属光学フィルタ４１にするという手法を発明した。
【００４２】
ここで、２層以上のカラーフィルタとしては、少なくとも次の第１のフィルタと第２のフィルタとが採用される。そして、次の第１のフィルタと第２のフィルタとのうち少なくとも一方に、金属光学フィルタ４１が採用される。第１のフィルタとは、入射した光のうち第１カットオフ周波数よりも低周波数の成分を透過させる機能を有するフィルタである。第２のフィルタとは、入射した光のうち第２カットオフ周波数よりも高周波数の成分を透過させる機能を有するフィルタである。
【００４３】
以下、かかる本発明の手法が適用された固体撮像素子の実施の形態として、次の第１の実施形態乃至第４の実施形態について、その順番に個別に説明していく。
１．第１の実施形態（金属光学フィルタ４１Ｓ，４１Ｌを適用した場合）
２．第２の実施形態（金属光学フィルタ４１Ｓと薄膜フィルタ６１を適用した場合）
３．第３の実施形態（金属配線２３と同じ層に金属光学フィルタ４１を実装させた場合）
４．第４の実施形態（金属光学フィルタ４１の構成として、第１の実施形態乃至第３の実施形態とは別の構成を採用した場合）
【００４４】
＜３．本発明が適用された固体撮像素子の第１の実施の形態＞
図３は、本発明が適用された固体撮像素子の第１の実施の形態としての固体撮像素子３１のうち、画素部分の構成例を示す断面図である。
【００４５】
図３において、図１と対応する箇所には同一の符号を付してある。かかる個所についての説明は適宜省略する。なお、このことは、以降の図においても同様とする。
【００４６】
固体撮像素子３１の画素部分は、オンチップ集光素子２１、平滑化層２２、金属配線２３、フォトセンサ２４、および、金属光学フィルタ４１Ｓ，４１Ｌを含むように構成される。
【００４７】
固体撮像素子３１の画素部分においては、底面にフォトセンサ２４が配置され、その上部に４層の平滑化層２２と３層の金属配線２３とが、記載の順に交互に積層されている。即ち、上層を積層するときの下地面を平滑化するために、平滑化層２２が積層されている。最も上面の平滑化層２２の上部には、金属光学フィルタ４１Ｌ、４１Ｓ、およびオンチップ集光素子２１が記載の順に下から積層されている。金属光学フィルタ４１Ｌ、４１Ｓの積層の方向は、固体撮像素子３１に対して、電磁波の伝播方向（入射方向）となっている。
【００４８】
図４は、図３の固体撮像素子３１の画素部分のうち、オンチップ集光素子２１、平滑化層２２および金属配線２３を省略したものの斜視図である。
【００４９】
図４中、金属光学フィルタ４１Ｓと金属光学フィルタ４１Ｌのそれぞれにおいて、パターンで塗りつぶされた領域（灰色の領域）が導体を示している。導体の周囲の白色の領域が、媒質で埋められたギャップ部分を示している。なお、このことは、以下の図面においても同様とする。
【００５０】
金属光学フィルタ４１Ｓは、例えば、ショートパスフィルタとして機能するように構成されている。具体的には例えば、金属光学フィルタ４１Ｓは、所定の波長（以下、第１の閾値と称する）以下の成分の電磁波のみを透過させるように構成されている。
【００５１】
これに対して、金属光学フィルタ４１Ｌは、例えば、ロングパスフィルタとして機能するように構成されている。具体的には例えば、金属光学フィルタ４１Ｌは、所定の波長（以下、第２の閾値と称する）以上の成分の電磁波のみを透過させるように構成されている。
【００５２】
この場合、図４中上方向から固体撮像素子３１に入射した光のうち、金属光学フィルタ４１Ｓにより第１の閾値を超える長波長の成分が反射もしくは吸収され、第１の閾値以下の波長の成分のみが透過する。金属光学フィルタ４１Ｓを透過した光の成分のうち、金属光学フィルタ４１Ｌにより第２の閾値未満の短波長の成分が反射もしくは吸収され、第２の閾値以上の波長の成分のみが透過する。その結果、フォトセンサ２４には、固体撮像素子３１に入射した光のうち、第１の閾値以下第２の閾値以上の波長の成分のみが到達し、到達した成分のみがフォトセンサ２４によって光電変換される。
【００５３】
このように、金属光学フィルタ４１Ｓと金属光学フィルタ４１Ｌとを積層することにより、第１の閾値以下第２の閾値以上の波長の成分のみを通過させるバンドパスフィルタが容易に実現化される。
【００５４】
ここで、金属光学フィルタ４１Ｓの格子間隔や線幅を可変することにより、第１の閾値を任意に設定できる。同様に、金属光学フィルタ４１Ｌの格子間隔や線幅を可変することにより、第２の閾値を任意に設定できる。よって、金属光学フィルタ４１Ｓ、４１Ｌの格子間隔や線幅を最適化することにより、任意の周波数帯域のバンドパスフィルタとしての機能を実現することができる。
【００５５】
なお、本発明が適用された固体撮像素子の第１の実施の形態としての固体撮像素子３１は、２層の金属光学フィルタ４１を有することを基本構造とする。しかしながら、反射防止膜や透過効率や帯域幅などの諸特性改善のために３層以上の金属光学フィルタ４１を基本構造として採用してもよい。
【００５６】
次に、図５と図６を用いて、金属光学フィルタ４１Ｓ，４１Ｌの各構成例について説明する。
【００５７】
図５は、ショートパスフィルタとして機能する金属光学フィルタ４１Ｓの構成例を示す上面図である。
【００５８】
図５に示されるように、金属光学フィルタ４１Ｓは、金属部分５２と、ギャップ部分５１とから構成される。金属部分５２は、格子状に分布した構造を有している。ギャップ部分５１には、媒質が埋められている。そこで、以下、ギャップ部分５１に限らず、媒質で埋められたギャップ部分を、媒質部分と適宜称する。金属部分５２は、電気伝導性の金属薄膜で形成されている。金属部分５２の素材は、アルミニウムや銅など、一般的な半導体プロセスで使用される素材が好適である。勿論、金属部分５２の素材は、導電性の物質で微細加工に適した素材あれば足り、ゲルマニウム、ガリウム砒素、タングステン、銀、金、カーボンチューブ、グラフェンなど様々な導電性物質を採用することができる。また、例えば、導電性物質でできたナノワイヤを格子状に配置することで金属部分５２を構成してもよい。一方、媒質部分５１の媒質としては、例えばSiO2、Si3N4, MgF2, TiO2, Ta2O5などのフォトセンサ２４が感度を有する電磁波を透過する媒質であると好適である。
【００５９】
金属部分５２は、図５中XY平面内で２次元的な周期構造を有している。その1周期の長さ（格子間隔）は、例えば、媒質部分５１の媒質中の電磁波の波長と同程度とすることができる。具体的には例えば、格子構造１周期の典型的な長さの一例として、可視波長の光（R,G,Bの各光）を透過させる場合を考える。この場合、R,G,Bの各光の波長λR0，λG0，λB0はおおよそ、λR0=600乃至800nm,λG0=500乃至600nm,λB0=380乃至500nmのそれぞれとなる。媒質の屈折率をnと記述した場合、媒質中の波長λ=λ0/nとなる。したがって、媒質部分５１の媒質の屈折率ｎを1.5とした場合、媒質中の波長λR，λG，λBは、λR=400乃至530nm,λG=330乃至400nm,λB=250乃至330nmのそれぞれとなる。ここで、金属光学フィルタ４１Ｓのカットオフ周波数ｆに対応する波長λ(=1/f)は格子間隔の0.5乃至2倍に相当する。よって、金属部分５２の構造周期、即ちフィルタ間隔は次の長さにすると好適である。すなわち、λ=700nmよりも短波長の光を透過させる（第１の閾値をλ=700nmとする）フィルタ間隔は250乃至900nmとすると好適である。λ=550nmよりも短波長の光を透過させる（第１の閾値をλ=550nmとする）フィルタ間隔は200乃至700nmとすると好適である。λ=450nmよりも短波長の光を透過させる（第１の閾値をλ=450nmとする）フィルタ間隔は150nm乃至600nmとすると好適である。また、金属部分５２を形成している各導体の線幅は100nm程度以下とし、金属光学フィルタ４１Ｓの厚み（金属部分５２の厚み）は10nm以上とすると好適である。しかしながら、金属部分５２は厚すぎると波長の透過率の低下が顕著になるため1um以下とするとより一段と好適である。
【００６０】
図６は、ロングパスフィルタとして機能する金属光学フィルタ４１Ｌの構成例を示す上面図である。
【００６１】
図６に示されるように、金属光学フィルタ４１Ｌは基本的には、図５に示される金属光学フィルタ４１Ｓの金属部分５２と媒質部分５１とが反転した構造になっている。即ち、媒質部分５１が格子状に分布した構造を有している。金属光学フィルタ４１Ｌの金属部分５２と媒質部分５１部分の素材として好適な素材は、図５を用いて説明した素材と同様なので、説明は省略する。
【００６２】
媒質部分５１は、図６中XY平面内で２次元的な周期構造を有している。例えば、格子構造１周期の典型的な長さの一例として、可視波長の光（R,G,Bの各光）を透過させる場合を考える。なお、R,G,Bの各光の波長等の数値は、図５を用いて説明した数値と同一値であるとする。この場合、金属光学フィルタ４１Ｌのカットオフ周波数ｆに対応する波長λ(=1/f)は格子間隔の0.5乃至2倍に相当する。媒質部分５１の構造周期、即ちフィルタ間隔は次の長さにすると好適である。すなわち、λ=550nmよりも長波長の光を透過させる（第２の閾値をλ=550nmとする）フィルタ間隔は200乃至700nmとすると好適である。λ=450nmよりも長波長の光を透過させる（第２の閾値をλ=450nmとする）フィルタ間隔は150乃至600nmとすると好適である。λ=350nmよりも長波長の光を透過させる（第２の閾値をλ=350nmとする）フィルタ間隔は120nm乃至450nmとすると好適である。また、媒質部分５１を形成している媒質の線幅は50nm程度以上とすると好適である。また、金属光学フィルタ４１Ｌの厚み（金属部分５２の厚み）は10nm以上が好適である。
【００６３】
また、本発明の金属光学フィルタ４１Ｓ、４１Ｌは一般的な半導体プロセスにより製造することができるが、当然ながら、製造方法は特に限定されない。例えば、以下の製造手法を採用することができる。まず、金属部分５２の導体薄膜の成膜にはスパッタリング法、真空蒸着法、化学気相成長法などを採用すると好適である。ただし、スパッタリング法の採用が難しい導体薄膜の場合は、電気めっき法などにより成膜する手法を採用するとよい。格子構造は、レジストを塗布した上で縮小投影露光によりパターニングすることで実現される。ここで、露光光源には高圧水銀灯のg線、i線、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、X線、電子線などできるだけ短波長の電磁波を用いると好適である。エッチングとしては異方性ドライエッチングを採用すると好適である。エッチングに用いるガスは四フッ化炭素、六フッ化硫黄、トリフルオロメタン、二フッ化キセノンなどが好適であるが、物理エッチングでも構わない。なお、繰り返しになるが、以上の製造手法以外の製造手法を採用することは当然に構わない。
【００６４】
図７は、本発明が適用された固体撮像素子の第１の実施の形態としての固体撮像素子３１のうち、画素部分の構成例であって、図３の例とは異なる例を示す断面図である。
【００６５】
図７の例の固体撮像素子３１の画素部分は、図３の例と比較して、金属光学フィルタ４１Ｓと金属光学フィルタ４１Ｌの配置を入れ替えた構成となっている。
【００６６】
固体撮像素子３１の画素部分においては、底面にフォトセンサ２４が配置され、その上部に４層の平滑化層２２と３層の金属配線２３とが、記載の順に交互に積層されている。即ち、上層を積層するときの下地面を平滑化するために、平滑化層２２が積層されている。最も上面の平滑化層２２の上部には、金属光学フィルタ４１Ｓ、４１Ｌ、およびオンチップ集光素子２１が記載の順に下から積層されている。金属光学フィルタ４１Ｓ、４１Ｌの積層の方向は、固体撮像素子３１に対して、電磁波の伝播方向（入射方向）となっている。
【００６７】
図８は、図７の固体撮像素子３１の画素部分のうち、オンチップ集光素子２１、平滑化層２２および金属配線２３を省略したものの斜視図である。
【００６８】
図８中上方向から固体撮像素子３１に入射した光のうち、金属光学フィルタ４１Ｌにより第２の閾値未満の短波長の成分が反射もしくは吸収され、第２の閾値以上の波長の成分のみが透過する。金属光学フィルタ４１Ｌを透過した光の成分のうち、金属光学フィルタ４１Ｓにより第１の閾値を超えた長波長の成分が反射もしくは吸収され、第１の閾値以下の波長の成分のみが透過する。その結果、フォトセンサ２４には、固体撮像素子３１に入射した光のうち、第１の閾値以下第２の閾値以上の波長の成分のみが到達し、到達した成分のみがフォトセンサ２４によって光電変換される。
【００６９】
このように、金属光学フィルタ４１Ｌと金属光学フィルタ４１Ｓとを積層することにより、第１の閾値以下第２の閾値以上の波長の成分のみを通過させるバンドパスフィルタが容易に実現化される。
【００７０】
＜４．本発明が適用された固体撮像素子の第２の実施の形態＞
図９は、本発明が適用された固体撮像素子の第２の実施の形態としての固体撮像素子３１のうち、画素部分の構成例を示す断面図である。
【００７１】
図９の例の固体撮像素子３１の画素部分は、図７の例と比較して、金属光学フィルタ４１Ｌの代わりに、薄膜フィルタ６１を採用した構成となっている。
【００７２】
固体撮像素子３１の画素部分においては、底面にフォトセンサ２４が配置され、その上部に４層の平滑化層２２と３層の金属配線２３とが、記載の順に交互に積層されている。即ち、上層を積層するときの下地面を平滑化するために、平滑化層２２が積層されている。最も上面の平滑化層２２の上部には、金属光学フィルタ４１Ｓ、薄膜フィルタ６１、およびオンチップ集光素子２１が記載の順に下から積層されている。金属光学フィルタ４１Ｓ、薄膜フィルタ６１の積層の方向は、固体撮像素子３１に対して、電磁波の伝播方向（入射方向）となっている。
【００７３】
薄膜フィルタ６１は、物質の吸収係数の波長依存性を利用した無機素材のフィルタである。薄膜フィルタ６１の素材としては、例えばアモルファスシリコンを採用することができる。その他、薄膜フィルタ６１の素材として、ポリシリコン、単結晶シリコン等の無機物質、またはこれらを主成分とする無機物質や、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ等の無機化合物などを採用することができる。
【００７４】
薄膜フィルタ６１は長波長ほど吸収係数が小さいという物性を持つ。したがって、薄膜フィルタ６１は、第２の閾値以上の波長成分の電磁波のみを透過させるロングパスフィルタとして機能させることができる。さらに、薄膜フィルタ６１の厚みを調整することにより、第２の閾値として任意の周波数を設定できる。その結果、薄膜フィルタ６１と金属光学フィルタ４１Ｓとを組み合わせることで、任意の周波数帯域のバンドパスフィルタとしての機能を実現することができる。
【００７５】
図１０は、図９の固体撮像素子３１の画素部分のうち、オンチップ集光素子２１、平滑化層２２および金属配線２３を省略したものの斜視図である。
【００７６】
図１０中上方向から固体撮像素子３１に入射した光のうち、薄膜フィルタ６１により第２の閾値未満の短波長の成分が反射もしくは吸収され、第２の閾値以上の波長の成分のみが透過する。薄膜フィルタ６１を透過した光の成分のうち、金属光学フィルタ４１Ｓにより第1の閾値を超えた長波長の成分が反射もしくは吸収され、第1の閾値以下の波長の成分のみが透過する。その結果、フォトセンサ２４には、固体撮像素子３１に入射した光のうち、第１の閾値以下第２の閾値以上の波長の成分のみが到達し、到達した成分のみがフォトセンサ２４によって光電変換される。
【００７７】
このように、薄膜フィルタ６１と金属光学フィルタ４１Ｓとを積層することにより、第１の閾値以下第２の閾値以上の波長の成分のみを通過させるバンドパスフィルタが容易に実現化される。
【００７８】
図１１は、本発明が適用された固体撮像素子の第２の実施の形態としての固体撮像素子３１のうち、画素部分の構成例であって、図９の例とは異なる例を示す断面図である。
【００７９】
図１１の例の固体撮像素子３１の画素部分は、図９の例と比較して、金属光学フィルタ４１Ｓと薄膜フィルタ６１との配置を入れ替えた構成となっている。換言すると、図１１の例の固体撮像素子３１の画素部分は、図３の例と比較して、金属光学フィルタ４１Ｌの代わりに、薄膜フィルタ６１を採用した構成となっている。
【００８０】
固体撮像素子３１の画素部分においては、底面にフォトセンサ２４が配置され、その上部に４層の平滑化層２２と３層の金属配線２３とが、記載の順に交互に積層されている。即ち、上層を積層するときの下地面を平滑化するために、平滑化層２２が積層されている。最も上面の平滑化層２２の上部には、薄膜フィルタ６１、金属光学フィルタ４１Ｓ、およびオンチップ集光素子２１が記載の順に下から積層されている。薄膜フィルタ６１、金属光学フィルタ４１Ｓの積層の方向は、固体撮像素子３１に対して、電磁波の伝播方向（入射方向）となっている。
【００８１】
図１２は、図１１に示された固体撮像素子３１の画素部分のうち、オンチップ集光素子２１、平滑化層２２および金属配線２３を省略したものの斜視図である。
【００８２】
図１２中上方向から固体撮像素子３１に入射した光のうち、金属光学フィルタ４１Ｓにより第1の閾値を超える長波長の成分が反射もしくは吸収され、第1の閾値以下の波長の成分のみが透過する。金属光学フィルタ４１Ｓを透過した光の成分ののうち、薄膜フィルタ６１により第２の閾値未満の短波長の成分が反射もしくは吸収され、第２の閾値以上の波長の成分のみが透過する。その結果、フォトセンサ２４には、固体撮像素子３１に入射した光のうち、第１の閾値以下第２の閾値以上の波長の成分のみが到達し、到達した成分のみがフォトセンサ２４によって光電変換される。
【００８３】
このように、金属光学フィルタ４１Ｓと薄膜フィルタ６１とを積層することにより、第１の閾値以下第２の閾値以上の波長の成分のみを通過させるバンドパスフィルタが容易に実現化される。
【００８４】
＜５．本発明が適用された固体撮像素子の第３の実施の形態＞
図１３，図１４は、本発明が適用された固体撮像素子の第３の実施の形態としての固体撮像素子３１のうち、画素部分の２つの構成例をそれぞれ示す断面図である。
【００８５】
図１３，図１４の例の固体撮像素子３１の画素部分の構成要素自身は、図３の例や図７の例の構成要素と同様である。
【００８６】
ただし、図１３，図１４の例では、金属光学フィルタ４１Ｓ、４１Ｌの配置位置が、図３の例や図７の例とは次のように異なっている。
【００８７】
図１３の例と図１４の例の固体撮像素子３１の画素部分においては、底面にフォトセンサ２４が配置され、その上部に４層の平滑化層２２と３層の金属配線２３とが、記載の順に交互に積層されている。
【００８８】
図１３の例では、下から２層目の金属配線２３と同層に、金属光学フィルタ４１Ｌが配置される。また、下から３層目の金属配線２３と同層に、金属光学フィルタ４１Ｓが配置される。
【００８９】
一方、図１４の例では、下から１層目の金属配線２３と同層に、金属光学フィルタ４１Ｌが配置される。また、下から２層目の金属配線２３と同層に、金属光学フィルタ４１Ｓが配置される。
【００９０】
図１３の例と図１４の例の固体撮像素子３１の画素部分においては、金属配線２３と同じ層に金属光学フィルタ４１Ｓ，４１Ｌが実装される。そして、最も上面の平滑化層２２の上部には、オンチップ集光素子２１が積層される。
【００９１】
金属光学フィルタ４１Ｓ，４１Ｌは、自由電子を含む導体が電磁波のエネルギーを選択的に反射もしくは吸収することによって、光の透過成分として任意の波長成分の電磁波を取り出す光学素子である。そのため、一般的な電界増幅型の固体撮像素子であるCMOSイメージセンサの場合、受光部の上面に金属層があるのであれば、新たに電気伝導性の金属薄膜を実装するまでもない。なぜならば、受光部の上面に電気伝導性の金属層がある場合には、金属層と機能を共有することが可能だからである。金属光学フィルタ４１を挿入する金属層には特に制限はなく、図１３に示されるように金属配線層が３層ある固体撮像素子３１の場合は、任意の２層に金属光学フィルタ４１を作りこむことで、固体撮像素子３１全体を低背化構造にすることが可能になる。
【００９２】
図１５は、本発明が適用された固体撮像素子の第３の実施の形態としての固体撮像素子３１のうち、画素部分の構成例であって、図１３や図１４とは異なる断面図である。
【００９３】
図１５の例と、図１３や図１４の例とを比較するに、図１３や図１４の例では、金属光学フィルタ４１Ｌ，４１Ｓが２層になっているのに対して、図１５の例では、金属光学フィルタ４１が３層になっている点が異なる。
【００９４】
ここで、金属光学フィルタ４１と記述したのは、金属光学フィルタ４１Ｌ，４１Ｓを少なくとも１層ずつに配置すれば足りるからである。即ち、残りの１層には、金属光学フィルタ４１Ｌ，４１Ｓのうちのいずれを配置してもよく、また、金属光学フィルタ４１Ｌ，４１Ｓの３層内の配置は特に限定されないからである。
【００９５】
固体撮像素子３１の画素部分においては、底面にフォトセンサ２４が配置され、その上部に４層の平滑化層２２と３層の金属配線２３とが、記載の順に交互に積層されている。即ち、上層を積層するときの下地面を平滑化するために、平滑化層２２が積層されている。
また、３層の金属配線２３のそれぞれと同層に金属光学フィルタ４１が配置される。最も上面の平滑化層２２の上部には、オンチップ集光素子２１が積層されている。
【００９６】
このように、同一の金属光学フィルタ４１を２層配置した導体層、即ち、同一の導体構造を２層配置した導体層は、ファブリペロー型干渉計として機能し、特定の共振周波数の電磁波を透過させる特性を持つことが期待できる。それに加えて、もうひとつの金属光学フィルタ４１をその下流の層として備えることで、２層の導体層で実現するバンドパスフィルタよりも狭いバンド幅を持つバンドパスフィルタを実現することができる。
【００９７】
図１６は、本発明が適用された固体撮像素子の第３の実施の形態としての固体撮像素子３１のうち、画素部分の構成例であって、図１３乃至図１５とは異なる断面図である。
【００９８】
図１６の例と、図１３乃至図１５の例とを比較するに、図１３乃至図１５の例では、カラーフィルタとしては全て金属光学フィルタ４１が採用されている。これに対して、図１６の例では、カラーフィルタとしては、金属光学フィルタ４１と薄膜フィルタ６１とが採用されている点が異なる。
【００９９】
なお、図１６の例は、金属光学フィルタ４１が金属層に配置される点から、第３の実施形態に含めたが、薄膜フィルタ６１が採用されている点で、第２の実施形態に含めてもよい。換言すると、図１６の例は、第２の実施形態と第３の実施形態とを兼ね備える別の実施の形態と把握してもよい。
【０１００】
なお、図示はしないが、当然ながら、カラーフィルタの層数は、図１６の例の２層に限定されず、１層だけの場合でも構わないし、図１５の例のように、３層以上とすることもできる。
【０１０１】
以上、第１乃至第３の実施形態では、金属光学フィルタ４１Ｓ，４１Ｌの構成として、図５，図６に示される構成が採用されていた。しかしながら、金属光学フィルタ４１Ｓ，４１Ｌの構成は、図５，図６の例に特に限定されない。そこで、以下、本発明の手法が適用された固体撮像素子の第４の実施形態として、図５，図６の構成とは異なる構成を有する金属光学フィルタ４１Ｓ，４１Ｌについて説明する。
【０１０２】
なお、以下に説明する金属光学フィルタ４１Ｓ，４１Ｌの固体撮像素子内の配置自体は、上述した第１乃至第３の実施の形態として各種配置例をそのまま採用することができる。即ち、上述した第１乃至第３の実施の形態の固体撮像素子に搭載される金属光学フィルタ４１Ｓ，４１Ｌの構成として、図５，図６の構成の代わりに、以下の構成も採用することができる。
【０１０３】
図１７は、ショートパスフィルタとして機能する金属光学フィルタ４１Ｓの構成例であって、図５の例とは異なる構成例を示す上面図である。
【０１０４】
図１７に示されるように、金属光学フィルタ４１Ｓは、金属部分５２と、媒質部分５１とから構成される。金属部分５２は、いわゆるハニカム構造を有している。金属部分５２は、電気伝導性の金属薄膜で形成されている。金属部分５２と媒質部分５１の各素材については、図５を用いて説明した各素材をそのまま採用することができる。
【０１０５】
図１８は、ロングパスフィルタとして機能する金属光学フィルタ４１Ｌの構成例であって、図６の例とは異なる構成例を示す上面図を示している。
【０１０６】
図１８に示されるように、金属光学フィルタ４１Ｌは基本的には、図１７に示される金属光学フィルタ４１Ｓの金属部分５２と媒質部分５１とが反転した構造になっている。金属部分５２と媒質部分５１の各素材については、図５を用いて説明した各素材をそのまま採用することができる。
【０１０７】
金属光学フィルタ４１の構成としてはその他、円形の穴を正方行列状に敷き詰めた構成、最密充填で敷き詰めた格子とその反転構成、十字形状の穴が開いた構成とその反転構成などを採用することもできる。
【０１０８】
以上、固体撮像素子３１のうち画素部分の各種構成例について説明してきた。これらの画素部分の配置自体は、特に限定されないが、例えば図１９に示される配置を採用すると好適である。
【０１０９】
図１９は、所定の大きさの固体撮像素子３１の画素の配置例を示す上面図である。
【０１１０】
図１９の例では、説明を容易なものとすべく、画素としてのフォトセンサ２４−１乃至２４−９のみが描画されている。即ち、実際には、固体撮像素子３１が有する画素数分のフォトセンサがマトリックス状に敷き詰められる。
【０１１１】
フォトセンサ２４−１乃至２４−９の上にはそれぞれ金属光学フィルタ４１−１乃至４１−９が積層されている。なお、図１９は上面図であるため、金属光学フィルタ４１−１乃至４１−９は、各画素部分の一番上の層の金属光学フィルタ４１を示している。即ち、図１９には表わされていないが、当然ながら、金属光学フィルタ４１−１乃至４１−９の下には、別のカラーフィルタが１以上積層されている。
【０１１２】
図１９に示されるように、固体撮像素子３１の中央部に配置されたフォトセンサ２４−５と金属光学フィルタ４１−５との配置位置は一致している。即ち、フォトセンサ２４−５と、金属光学フィルタ４１−５との光軸とが一致している。一方、固体撮像素子３１の図中左上端に配置されたフォトセンサ２４−１と金属光学フィルタ４１−１との配置は、金属光学フィルタ４１−１が中央画素方向（図中右下方向）にオフセットした配置関係になっている。また、固体撮像素子３１の図中右下端に配置されたフォトセンサ２４−９と金属光学フィルタ４１−９との配置は、金属光学フィルタ４１−９が中央画素方向（図中左上方向）にオフセットした配置関係になっている。
【０１１３】
このように、周辺画素部では斜めからの入射光を効率的にフォトセンサ２４に導くために、中央部からの距離に応じて、フォトセンサ２４と金属光学フィルタ４１との積層の仕方を変化させると好適である。即ち、中央部からの距離に応じて、フォトセンサ２４に積層された金属光学フィルタ４１の位置を中央部に向かって偏心させた位置関係を採用すると好適である。瞳補正が施された固体撮像素子３１であっても、固体撮像素子３１の中央部と周辺領域といった位置によらず、高い効率で入射光をフォトセンサ２４に満遍なく導くことができるようになるからである。
【０１１４】
以上、本発明の手法が適用された固体撮像素子の実施の形態として、第１乃至第４の実施形態について説明した。
【０１１５】
しかしながら、本発明は、上述した本発明の手法、即ち、オンチップカラーフィルタとして２層以上のカラーフィルタを用いて、そのうちの少なくとも１層を金属光学フィルタ４１にするという手法を採用していれば足りる。即ち、本発明は、上述した第１乃至第４の実施形態に限定されず、様々な実施の形態を取ることが可能である。
【０１１６】
このような本発明の手法を適用することにより、例えば次のような第１乃至第４の効果を奏することができる。
【０１１７】
格子構造でバンドパスフィルタ機能を実現するため、顔料や染料などを用いた従来の有機カラーフィルタと比較して、化学的に安定であるという第１の効果を奏することができる。その結果、紫外線などの高エネルギーの光に対する耐性が強くなる。
【０１１８】
格子の素材は導体であれば実現可能なので、素材選定の自由度が高いという第２の効果を奏することができる。また、格子間隔や互いの薄膜間隔などの物理パラメータで透過波長を選定できるため、設計の自由度が高くなる。また、固体間差や製造バラツキが加工精度に依存する点で、特性の管理がしやすいという利点がある。
【０１１９】
現在主流の固体撮像素子であるCCD/CMOSイメージセンサでは、一般的に複数の金属配線層がフォトセンサ上面に実装されている。本光学素子は一般的な半導体製造プロセスで実装可能であり、特殊なプロセスが必要な従来の有機カラーフィルタに比べてコスト面でも優位性があるという第３の効果を奏することができる。
【０１２０】
導体薄膜の典型的な厚みは100nm程度であるので、一般的な有機カラーフィルタに比べて低背化に優れているという第４の効果を奏することができる。更に、金属配線層と同じ層に本光学素子を実装した場合は、従来のCMOSイメージセンサと比べて、カラーフィルタの分だけ低背化構造にすることが可能である。その結果、集光特性の点で、従来の有機カラーフィルタに比べて優位性がある。
【０１２１】
以上の第１乃至第４の効果をまとめると、特定の電磁波波長のみを選択的に取り出す技術を、化学的に安定、低コスト、低背化構造で実現することができるという効果に帰結する。
【０１２２】
本発明が適用された固体撮像素子は、撮影機能を有する様々な電子機器のカメラ部分に適用可能である。電子機器としては例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機などがある。このような電子機器に入力された、若しくは、電子機器内で生成した映像信号を画像若しくは映像を撮影するあらゆる分野の電子機器のカメラ部分に、本発明が適用された固体撮像素子に適用することが可能である。以下この様なカメラが適用された電子機器の例を示す。
【０１２３】
例えば、本発明は、電子機器の一例であるデジタルスチルカメラに適用できる。このデジタルスチルカメラは、撮像レンズ、表示部、コントロールスイッチ、メニュースイッチ、シャッター等に加えて、本発明が適用された固体撮像素子を含むように作製される。
【０１２４】
例えば、本発明は、電子機器の一例であるノート型パーソナルコンピュータに適用できる。このノート型パーソナルコンピュータにおいて、その本体には文字等を入力するとき操作されるキーボードを含み、その本体カバーにはカメラ部分を含む。このノート型パーソナルコンピュータは、本発明が適用された固体撮像素子をカメラ部分に用いることにより作製される。
【０１２５】
例えば、本発明は、電子機器の一例である携帯端末装置に適用できる。この携帯端末装置は、上部筺体と下部筺体とを有している。この携帯端末装置の状態としては、それらの２つの筺体が開いた状態と、閉じた状態とが存在する。この携帯端末装置は、上述した上側筐体と下側筐体との他、連結部（ここではヒンジ部）、ディスプレイ、サブディスプレイ、ピクチャーライト、カメラ部分等を含み、本発明が適用された固体撮像素子をカメラ部分に用いることにより作製される。
【０１２６】
例えば、本発明は、電子機器の一例であるデジタルビデオカメラに適用可能である。デジタルビデオカメラは、本体部、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ、撮影時のスタート／ストップスイッチ、モニタに加えて、本発明が適用された固体撮像素子を含むように作製される。
【０１２７】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２８】
１１  固体撮像素子，  ２１  オンチップ集光素子，  ２２  平滑化層,  ２３  金属配線,  ２４  フォトセンサ,  ２５  オンチップカラーフィルタ層,  ３１  固体撮像素子,  ４１  金属光学フィルタ,  ５１  媒質部分，  ５２  金属部分，  ６１  薄膜フィルタ
【図１】
2010165718.tif 000003
【図２】
2010165718.tif 000004
【図３】
2010165718.tif 000005
【図４】
2010165718.tif 000006
【図５】
2010165718.tif 000007
【図６】
2010165718.tif 000008
【図７】
2010165718.tif 000009
【図８】
2010165718.tif 000010
【図９】
2010165718.tif 000011
【図１０】
2010165718.tif 000012
【図１１】
2010165718.tif 000013
【図１２】
2010165718.tif 000014
【図１３】
2010165718.tif 000015
【図１４】
2010165718.tif 000016
【図１５】
2010165718.tif 000017
【図１６】
2010165718.tif 000018
【図１７】
2010165718.tif 000019
【図１８】
2010165718.tif 000020
【図１９】
2010165718.tif 000021